Глубокое сверление отверстий в металле технология

Сверла для глубокого сверления – пушечные, ружейные, эжекторные

Пушечное сверло представляет собой инструмент, при помощи которого выполняется сверление сквозных и глухих отверстий, отличающихся значительной глубиной. Отверстия данного типа выполняются в валах различного назначения, в шпинделях, а также в других деталях, характеризующихся значительной длиной. С этой целью используются не только пушечные сверла, но и, в частности, однокромочные и двухкромочные сверла с внутренним отводом стружки. Сверление с помощью последних отличается невысокой производительностью, но при этом выполняемые глубокие отверстия характеризуются высокой чистотой, точностью геометрических параметров и прямолинейностью.

Процесс глубокого сверления на токарно-фрезерном центре

Особенности сверления глубоких отверстий

Сверление называется глубоким в том случае, если глубина выполняемого отверстия превышает пять его диаметров. Данная технологическая операция отличается высокой сложностью и трудоемкостью, а главным условием ее качественного выполнения является эффективное охлаждение используемого инструмента, которое, как правило, осуществляется под давлением.

Чтобы качественно и точно выполнить глубокое сверление, очень важно обеспечить правильное направление инструмента в самом начале обработки. Для этого используют специальную кондукторную втулку или осуществляют такую процедуру по предварительно выполненному отверстию меньшего диаметра.

В силу технических сложностей глубокое сверление следует выполнять на специальном оборудовании

Сверло, используемое для глубокого сверления, нельзя вращать на полных оборотах вне самой обрабатываемой детали: это может привести к смещению режущей части с требуемой траектории. Кроме того, при сверлении глубоких отверстий с помощью длинного сверла создаются неблагоприятные условия для отвода стружки из зоны обработки, что также может привести к уводу инструмента от заданного направления.

Типы сверл для глубокого сверления

В качестве сверл для глубокого сверления могут быть использованы:

• спиральные с цилиндрическим хвостовиком, параметры которых регламентирует ГОСТ 886-77 (по своей конструкции спиральные сверла с цилиндрическим хвостовиком относятся к инструментам длинной серии, при помощи которых создают отверстия с глубиной, превышающей величину, равную 15 диаметрам);
• ружейные, режущая часть которых полностью выполнена из твердого сплава;
• ружейные, на режущей части которых твердосплавные пластины фиксируются при помощи пайки;
• ружейные, оснащенные не только основными, но и промежуточными твердосплавными пластинами;
• эжекторные, которые используются для выполнения глубокого сверления на станках с горизонтальным расположением режущего инструмента;
• пушечные, на поверхности которых имеется V-образная канавка, предназначенная для удаления стружки (обработка при помощи сверл данного типа является устаревшим методом получения глубоких отверстий).

Сверла для глубокого сверления

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к сверлам длинной серии можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Спиральные сверла с цилиндрическим хвостовиком, производимые в соответствии с требованиями, которые приводит ГОСТ 886-77, отличаются удлиненной рабочей частью. В соответствии с положениями вышеуказанного стандарта от 77-го года, такой удлиненный инструмент может полностью изготавливаться из быстрорежущей стали или оснащаться режущими пластинами, выполненными из твердого сплава.

ГОСТ 886 от 77-го года также оговаривает, что охлаждение сверл данного типа может обеспечиваться за счет не только наружного, но и внутреннего подвода СОЖ. Спиральные сверла, как указывает ГОСТ 886-77, могут производиться не только с цилиндрическим хвостовиком, но и с хвостовиками конического типа. Сам процесс глубокого сверления, осуществляемый посредством таких сверл, может выполняться как с их периодическим извлечением из выполняемого отверстия, что необходимо для удаления из него образовавшейся стружки, так и без выполнения такой процедуры. Если сравнивать спиральные сверла с ружейными и пушечными, то при использовании первых производительность сверления повышается практически в 8 раз.

Примеры рабочих головок ружейных сверл

Пушечные и ружейные сверла относятся к инструментам однорезцового типа, при помощи которых можно создавать глубокие отверстия с диаметрами, находящимися в интервале 0,5–100 мм. Охлаждение сверл данного типа осуществляется через отверстие, выполненное в их внутренней части, а стружка, образующаяся в процессе обработки, отводится при помощи специальной канавки, выполненной на их наружной поверхности. Пушечные и ружейные сверла, оснащенные режущими твердосплавными пластинами, отличаются конической конфигурацией рабочей части, что обеспечивает лучшее направление инструмента в зону выполнения обработки.

Эжекторные сверла относятся к более современным средствам глубокого сверления. За счет отсутствия стружечных канавок на их наружной поверхности они отличаются высокой жесткостью.

Принцип работы эжекторным сверлом

Как правильно выбрать инструмент

Выбирая сверла для глубокого сверления, следует учитывать целый ряд факторов:

• диаметр и глубину отверстия, которое необходимо выполнить;
• характеристики обрабатываемого материала;
• тип оборудования, которое будет использоваться для выполнения обработки.

Схема расчета длины сверла при работе на универсальном станке

Следует иметь в виду, что аппарат, на который будет устанавливаться такое сверло, должен быть предназначен именно для глубокого сверления.

Перед началом сверления следует выбрать оптимальную скорость вращения и подачи режущего инструмента, а также обеспечить его эффективное охлаждение. Для обработки материалов, которые в процессе их резания образуют длинную стружку, лучше всего использовать сверло с полированными стружечными канавками.

Сверла ружейные могут быть одно- или двухстроннего резания

Этапы технологии

Сам процесс глубокого сверления отверстий выполняется в следующей последовательности.

• В первую очередь с допуском H8 выполняют пилотное отверстие.
• Инструмент, вращающийся с небольшой частотой, подводят к поверхности обрабатываемой заготовки.
• Включают требуемую частоту вращения сверла и скорость его подачи, обеспечивают подачу СОЖ в зону обработки.
• Отверстие сверлят на требуемую глубину без отвода инструмента.
• Если для глубокого сверления используется очень длинный инструмент, то первые 25 мм глубины отверстия обрабатывают на пониженных режимах резания – 75% от номинальных.
• После достижения требуемой глубины сверления отключают подачу СОЖ в зону обработки.
• Инструмент после окончания сверления ускоренно выводят из зоны обработки и останавливают его вращение.

Существует еще несколько технологий сверления глубоких отверстий, но выше приведена наиболее распространенная из них, которая используется в большинстве случаев.

5 правил сверления глубоких отверстий

Современный подход раскрывает потенциал новейших сверл со сменными режущими частями для обработки глубоких отверстий с ЧПУ.

1. Предварительная настройка процесса сверления

Чем глубже отверстие, тем длиннее сверло. Чем длиннее сверло (чем больше расстояние между острием инструмента и шпинделем), тем больше степень влияния биения на результаты. В некоторых операциях с глубокими отверстиями малейшее колебание может привести к преждевременному износу инструмента и нарушить как прямолинейность, так и чистоту поверхности.

Тем не менее, необходимость тщательной настройки не освобождает от необходимости тратить непомерное количество времени на определение и корректировку биения при каждом изменении инструмента или пластины.
В частности, в современной производственной среде нет места для лазания по рабочим зонам для установки индикаторов или для удержания кусочков бумаги на месте для прикосновений инструмента. Скорее всего, сборка инструментов в автономном режиме с устройством предварительной настройки сэкономит значительное количество времени при любой операции глубокого бурения.

В современной производственной среде нет места ни для работы оператора в рабочей зоне, ни для установки индикаторов, ни для удержания кусочков бумаги в месте соприкосновения инструмента и детали.

На объекте одного клиента в начале каждой смены в инструментальном магазине устанавливаются три сверла «Stealth» со сменным пластинами Allied Machine. Этот процесс занимает менее 10 минут. Установка трех инструментов на линии обработки может занять до 30 минут, что составляет 90 минут потерянного времени в течение трех смен. В производственной среде, работающей круглосуточно и без выходных, это составляет почти 2200 часов в год (показатель, не учитывающий простои станков при смене инструмента). Предварительная настройка, вероятно, составляет 5% от стоимости этих потерянных часов.

Это сверло имеет регулируемый штифт, который перемещает пластину в радиальном направлении, чтобы уменьшить набор допусков, общий для всех сверл со сменным наконечником. В результате этого для набора номера больше не требуется разбирать и чистить сборку инструмента, регулировать смещения, добавлять прокладки в револьверные головки или полагаться на опытных машинистов, которые пытаются найти неортодоксальное решение.
Предварительная установка помогает уменьшить время наладки за счет предварительной установки сверла в магазин в оправке с минимальном биением.

2. Влияние СОЖ при сверлении

Формирование стружки является единственным способом оценить производительность сверла во время обработки. Формы изогнутой формы (то есть «шестерки» и «девятки») идеальны, в то время как более длинные и жесткие стружки отводят тепло из зоны резания менее эффективно. Цвет тоже имеет значение. Когда зона резания перегревается, стружка постепенно становится серой, черной и синей. Обесцвеченные стружки могут указывать на необходимость уменьшения нагрева путем замедления оборотов шпинделя, в то время как вязкие стружки могут указывать на необходимость увеличения скорости подачи до точки, в которой обрабатываемый материал ломается, а не отслаивается.

Одним из наиболее недооцененных факторов в любом процессе обработки, даже после сверления, является охлаждающая жидкость. Учитывая значительное влияние охлаждающей жидкости на то, как образуется стружка, регулировка концентрации и потока охлаждающей жидкости также может помочь решить проблемы с оптимизацией работы сверла в зоне резания.

Водорастворимые охлаждающие жидкости являются наиболее распространенными, поскольку они хорошо отводят тепло. Тем не менее, полусинтетические или полностью масляные составы могут быть лучшим выбором для улучшения смазывающей способности и обеспечения коротких сегментированных стружек. Хотя инструменты могут изнашиваться быстрее и параметры резания должны быть менее агрессивными, чем при использовании охлаждающей жидкости на водной основе, покрытие пластины, которое повышает термостойкость, может помочь компенсировать это.

Одним из не подлежащих обсуждению факторов является использование сквозных отверстий для подачи СОЖ. Станки также должны обеспечивать достаточное давление охлаждающей жидкости. Небольшие сверла требуют значительно большего давления для удаления стружки, потому что они должны работать при более высоких оборотах, чтобы достичь той же скорости поверхности, чем и у более больших диаметров инструментов. Чем больше давление, тем быстрее стружка выходит из отверстия и тем быстрее вы можете вращать сверло.

3. Проблемы с циклами

Периодическое изменение подачи инструмента во время обработки не требуется для обеспечения удаления стружки из отверстия, также как и частое вынимание сверла из отверстия для его очистки от стружки. Уменьшение циклов резания приводит к улучшению качества обработанной поверхности, поэтому необходимо уменьшить.

4. Сверла с самоцентрированием

Другой устаревшей практикой является использование точечного сверла под углом 90 градусов с меньшим диаметром для пилотного отверстия. Отверстие меньшего диаметра, просверленное немного смещено от центра, легче исправить, чем большее, в то время как острый угол помогает сверлу быстро и легко проникнуть в деталь. Однако большинство станков с ЧПУ позиционируются достаточно точно, чтобы диаметр контрольного сверла соответствовал диаметру основного сверла.

Фактически, большинство сменных сверлильных наконечников имеют самоцентрирующиеся наконечники с точечным углом менее 90 градусов. В результате пластина может воздействовать на большой диаметр отверстия до точки самоцентрирования. Использование одного и того же диаметра пластины и точечного угла гарантирует, что более длинное сверло будет идеально входить там, где остановлено центровочное сверление.

5. Осторожность – добродетель

При сверлении глубоких отверстий наращивание до полной скорости и подач может создать проблемы безопасности и поставить под угрозу работу.Таким образом, многие из стандартных рекомендаций по универсальным сверлам T-A можно обобщить в одной фразе: осторожно подходите к пилотному отверстию.

Приближение к уже существующему отверстию осторожно помогает избежать образования рубцов или повреждений. Это позволяет полям сверла взаимодействовать с материалом до того, как вы наберете скорость. Отверстие начинает действовать как втулка, которая удерживает сверло в центре и обеспечивает качество деталей.

Сверла для глубокого сверления

Вы здесь

Последние публикации

Оглавление

Сверла для глубокого сверления – это устройства, которые используются для сверления сквозных и глухих отверстий в валах, шпинделях и других деталях, которые имеют большую длину. Они имеют низкую производительность, благодаря ним обеспечиваются полностью чистые, точные и прямолинейные отверстия. К сверлам данного типа относят ружейные, однокромочные с внутренним отводом стружки и двухкромочные с внутренним отводом стружки конструкции.

фото:сверла для глубокого сверления

Особенности углубленной сверловки

Метод глубокого сверления используется во время резания отверстий, которые имеют глубину 5хD и более. Данный метод позволяет обработать материал с наибольшей точностью, а также оптимальной прямолинейностью, благодаря нему обеспечивается хорошее качество поверхности. Это достаточно сложная и трудоемкая операция. Главным условием обработки режущим инструментом методом глубокого сверления является охлаждение под давлением.

Особенность данного метода – необходимость определения правильного направления во время начала процесса резания. Это направление проходит через специальную кондукторную втулку либо же в заранее подготовленное просверленное пилотное отверстие.

Главная трудность – нельзя свободно вращать режущий инструмент при глубоком сверлении на полных оборотах вне самой детали. А также при увеличении длины сверла для глубокого сверления создаются неблагоприятные условия образования стружки, которую трудно отводить и извлекать из отверстия во время процесса. Поэтому очень важно соблюдать увод сверла при глубоком сверлении.

Виды сверл для углубленной сверловки

Сверла для глубокого сверления бывают нескольких видов:

1. Спиральная конструкция, которая имеет отверстие для подвода жидкости в зону резания.
2. Ружейное устройство, которое имеет припаянные твердосплавные пластинки.
3. Ружейное устройство, которое имеет цельную твердосплавную рабочую часть.
4. Ружейная установка с твердосплавной пластинкой и промежуточной режущей пластинкой.
5. Шпиндельные (перовые) приборы, которые используются для обработки отверстий в шпинделях станков.
6. Пушечные устройства.

Спиральные инструменты – это стандартные спиральные сверла, которые имеют удлиненную рабочую часть. Они изготавливаются из таких материалов, как быстрорежущая часть и твердый сплав. Первые имеют наружный подвод СОЖ, а вторые – внутренний подвод СОЖ. Сверление ними реализуется посредством глубокого сверления, когда инструмент удаляется из отверстия, для того чтобы вывести стружку, и без этого процесса. Их производительность в 8 раз выше, чем у ружейных.

фото:спиральные длинные сверла по металлу

Ружейные и пушечные – это однорезцовые режущие инструменты, которые используются для того, чтобы получить глубокие отверстия малого диаметра и большого (от 0,5 мм до 100 мм). СОЖ подводится через корпус прибора, стружка выводится через канавку в корпусе конструкции. Ружейная установка обеспечивает лучшее направление режущей части, рабочая часть делается конической по направлению от режущей кромки к стержню.

фото:ружейные сверла по металлу

Пушечный прибор имеет твердосплавную режущую часть, стебель из закаленной стали и хвостовик из улучшенной стали.

Также существуют двустороннего резания (эжекторные и шнековые) и одностороннего резания конструкции (ружейные и пушечные) по их назначению. И третий вид – это кольцевые или трепанирующие головки.

Подбор сверла для глубокой сверловки

Сверла для глубокого сверления имеют определенные критерии выбора. Чаще всего применяются спиральные, а также перовые режущие инструменты.

На критерии выбора влияет наличие определенного специального оборудования, системы подготовки и подачи СОЖ, а также системы защиты от разбрызгивания. Применять сверла для глубокого сверления необходимо исключительно на станках глубокого сверления.

Выбирая конструкцию, необходимо определяться с нужным диаметром, общей длиной отверстия, типом хвостовика и обрабатываемым материалом. Также обращать внимание на скорость подачи.

• Если вы собираетесь сверлить отверстие, которое имеет длину больше, чем 40d, то стоит одновременно использовать два сверла, имеющие диаметр 10х400 мм и 9,95х800 мм.
• Если глубина 40d, то конструкция должна иметь левое направление вращения, для того чтобы она смогла зайти в пилотное отверстие.
• В случае, когда материал имеет длинную стружку, выбирайте прибор, который имеет полированные стружечные канавки.
• Когда вы обрабатываете алюминиевый сплав, применяйте однолезвийные конструкции, имеющие заточку угла при вершине 180 градусов.

Технология процесса

Подача СОЖ должна быть под давлением до 10 МПа. Объем охлаждающей жидкости – 20-120 л/мин. Данный показатель зависит от диаметра обрабатывающей конструкции. Точность обработки по диаметру – 7-9 квалитетов. Параметр шероховатости – 2,5-1,25 мкм. Возможное отклонение отверстия не больше, чем на 0,5 мм на каждом метре длины.

фото:глубокое сверление детали

1. Необходимо изготовить пилотное отверстие с допуском Н8.
2. Подвести инструмент в заданное положение на небольшом режиме.
3. Частота вращения должна быть 200 об/мин, подача 500 мм/мин.
4. Включить подачу СОЖ и частоту вращения.
5. Непрерывно сверлить до полной глубины, не отводя инструмент.
6. Если вы используете устройство, которое имеет очень большое соотношение длины к диаметру, то необходимо достигать глубины 25 мм с уменьшенным режимом резания. 75% от оптимальной скорости резания.
7. Отключить подачу СОЖ, когда достигнете необходимой глубины.
8. Ускоренно произвести отвод и остановить шпиндель.

Также существует способ сверления глубокого сквозного отверстия и способ обработки глубоких отверстий. Последний предполагает установку технологической бобышки на заготовке, ось которой располагается на одинаковом расстоянии от торца заготовки.

Глубокое сверление

Вид механической обработки черных металлов путем резания отверстий вращающимися механизмами называют сверлением.

Различают простое и глубокое сверление.

Во втором случае глубина отверстия должна быть более 10 см., или размером вглубь более 5 исходных диаметров (5*d). При помощи сверл получают отверстия различной глубины и диаметра или многогранного сечения.

Обработка заготовки с целью ее сверления может производиться несколькими способами:

1. Заготовка вращается, при этом одновременно производится продольная подача не вращающегося сверлильного инструмента;
2. Заготовка не вращается, зафиксирована;
3. Одновременное вращение заготовки и инструмента.

Все эти способы широко применяются на практике. Наибольший спрос на процесс глубокого сверления есть в следующих сферах: металлургия, производство труб, нефтегазовая и аэрокосмическая промышленность, выпуск плит теплообменников и бойлеров и многие другие. Наиболее часто применяют следующие детали с глубокими отверстиями: роторы, валы, оси, втулки, гильзы, цилиндры, бандажи, металлические скорлупы и многое другое.

Выполним полный комплекс работ по механической обработке металла:

• 

Гидроабразивная резка

Фрезерные работы

Токарные работы

Слесарные работы

Разновидности глубокого сверления

1. По схеме удаления высверливаемого материала (стружки) различают: сплошное и кольцевое глубокое сверление. В первом варианте высверливаемый материал удаляется в виде стружки, во втором – часть кольцевой плоскости удаляется в виде стержня, остальное – также в виде стружки;
2. По способу резания различают следующие виды:
   • Одноштанговая система (система STS). Данный метод оптимально подходит для обработки деталей на высокопроизводительном или серийном производстве. Сложность процесса состоит в том, что требуется применять маслоприемник с многочисленными подающими шлангами, при этом заготовка вращается. Одноштанговая система считается самой эффективной для получения высококачественных отверстий;
   • Эжекторная система. Метод глубокого сверления со средними параметрами выпуска заготовок. Позволяет осуществлять сверление на многофункциональных станках (например, токарных или сверлильных), систему дополняют стационарной или мобильной насосной станцией. Эжекторный метод подходит для получения отверстий d=20-60 мм. и глубиной до 1200 мм., не исключая получение прерывистых отверстий;
   • Система сверления ружейными или трубчато-лопаточными сверлами с внутренней подачей смазочно-охлаждающего материала. Этот метод подходит для малых предприятий, где по условиям технологии требуется получить глубокие отверстия небольшого диаметра. Однорезцовые сверла легко встраиваются в универсальные станки. Резец изготавливается из твердых сплавов и по всей длине сверлильного стержня имеет V-образную канавку, угол кривизны которой может составлять от 110 до 1200 градусов. Рекомендуемый dотв.=35-40 мм., длиной до 50*d. При данном методе отпадает надобность проводить такие операции как зенкерование и развертывание.
3. В зависимости от степени автоматизации управления процессом сверления различают глубокое сверление с автоматическим изменением одного или нескольких параметров режима (например, скорость вращения, подача смазочного материала).

Подача жидкости является обязательным этапом технологического процесса, так как:

1. Обеспечивается эффективный отвод стружки из зоны резания по отводным каналам;
2. Уменьшается сила трения между трущимися частями;
3. Производится отвод тепла, которое образуется в процессе длительного сверления, обеспечивая тем самым сохранности сверла от прогорания;
4. Осуществляется дополнительная обработка отверстия.

С увеличением глубины сверления возрастают трудности с обработкой отверстия.

Для глубокого сверления применяют специальный инструмент, оборудование и способы обработки.

Простые сверла и дрели для этого не подходят, так как не удастся достичь точности сверления по всему диаметру, заданной шероховатости поверхности, прямолинейность отверстия.

Важным параметром также является сохранение поверхности углубления с минимальным отклонением от округлости.

Применение традиционного инструмента делает процесс глубокого сверления низкопроизводительным, трудоемким, а в некоторых случаях (зависит от глубины отверстий) – невозможным.

На практике в машиностроительной сфере используют специализированное оборудование с технической оснасткой, с дополнительным применением специальных режущих и прочих вспомогательных инструментов.

Нередко требуются нестандартные приспособления для выполнения технологических приемов.

Особенности глубокого сверления

При глубоком сверлении очень важно соблюдать главные принципы технологии. Во-первых, производится подбор скорости вращения сверлильной части инструмента или оптимальная скорость резания (подачи свергла). Во-вторых, должно быть обеспечено нормальное дробление стружки, а также полный отвод отходов из канала. Важным моментом во время измельчения отходов сверления является сохранность режущей части инструмента, не должно быть повреждений сверла, образования на нем заусениц или иных дефектов. Далее, ключевым фактором качественной обработки поверхностей заготовок или деталей является эффективная и грамотная подача смазочно-охлаждающей жидкости.

Процесс сверления проходит с обязательной подачей смазочно-охлаждающей жидкости под давлением и с определенным расходом.

Для этого в системе работает насосное оборудование – маслонасосы или насосы для перекачки вязких жидкостей.

Производительность системы выбирается в соответствии с расходом жидкости и требуемым давлением подачи смазочного материала.